基于粒子群优化算法的泄洪闸闸墩振动反分析与安全评价研究

发布时间：2017-04-05 21:27

  本文关键词：基于粒子群优化算法的泄洪闸闸墩振动反分析与安全评价研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高速下泄水流携带巨大能量冲击泄洪建筑物,诱发建筑物强烈振动致使结构产生疲劳破坏,严重威胁枢纽工程的安全性能。水流诱发结构破坏主要是由于水动力荷载引起的并导致结构动应力或动位移超出振动安全标准。因此,针对泄洪建筑物的安全评价工作不仅要掌握流激振动的产生机制,还要获取结构的整体振动响应。水工建筑物的工作环境比较复杂,正常运行中针对建筑物的测试只能获取水上结构有限测点的振动响应值,很难测得建筑物水下部分的振动响应。根据原型观测有限个测点的振动响应信息反演结构整体振动特性,进而评价结构的安全性能具有重要工程意义。为此,本文开展以下工作:(1)基于粒子群优化算法的流激振动反分析数值模拟验证。以导墙为例,建立导墙三维有限元模型,以一典型水动力荷载作为外部输入,进行结构振动响应瞬态分析,提取相应测点的动位移响应作为计算值,便于与振动响应反演值比较。基于反分析理论反演导墙动水荷载,引入粒子群智能算法优化荷载识别结果;根据反演的荷载进行正分析,得到导墙振动响应均方根。验证结果表明:导墙相应测点的动位移反演值与瞬态分析计算值的误差均在5%以内,反演结果与计算结果基本相符。粒子群算法荷载反演误差为1.41%,最小二乘法荷载反演误差为3.15%,说明了粒子群算法的优越性。(2)基于现场实测振动响应的某泄洪闸闸墩振动响应反演。对某泄洪闸枢纽工程开展了原型观测,提取六种典型工况下测点的动位移响应值。建立泄洪闸三维有限元模型提取结构特性信息,结合原型观测已知位移条件,运用反分析理论反演六种工况下的等效荷载,基于粒子群算法提高振源识别精度。基于正分析和模态叠加方法推求结构整体振动响应值。反演结果表明:结构反分析振动响应计算值与原型观测实测值拟合度较高,说明了反分析方法的正确性。综合六种工况,得到结构振动响应(动位移和动应力)的变化规律以及动位移与动应力响应的最大值,为后续针对泄洪闸的安全评价工作奠定基础。(3)泄洪闸振动安全评价。参考爆破振动、海洋平台、列车等方面的安全评价标准,从振动对建筑物自身稳定的影响和振动对人体舒适度的影响两个方面对泄流闸流激振动问题进行了安全评价。评价结构安全性时,采用动位移指标、动应力指标以及频率和振幅双因素判据;采用Meister感觉曲线评估振动对人体的影响。结果表明:泄洪闸六种工况下的振动是安全的,但会使人体感觉强烈振动,稍有不舒服。
【关键词】：振动反分析 闸墩 粒子群算法 安全评价
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV662.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 课题来源10
• 1.2 问题的提出10-11
• 1.2.1 研究背景10-11
• 1.2.2 研究目的及意义11
• 1.3 泄流结构流激振动问题研究现状11-17
• 1.3.1 泄流结构振动响应研究方法12-14
• 1.3.2 常见结构水动力荷载特性分析14-17
• 1.4 结构振动安全评价国内外研究现状17-22
• 1.4.1 结构振动安全评价17-20
• 1.4.2 人体舒适度安全评价20-22
• 1.5 本文主要研究内容22-24
• 第2章 泄流结构流激振动正反分析基本理论24-35
• 2.1 流激振动机制及动力学问题分类24-26
• 2.1.1 振动问题分类24-25
• 2.1.2 流激振动的机理研究25
• 2.1.3 振动响应动力学问题分类25-26
• 2.2 泄流结构水流脉动荷载相关性分析26-27
• 2.3 振动响应正反分析方法基本理论27-31
• 2.3.1 振动响应正分析27-29
• 2.3.2 流激振动反分析理论29-31
• 2.4 优化粒子群算法31-33
• 2.4.1 粒子群算法的生物和数学模型31-32
• 2.4.2 粒子群算法步骤和流程32
• 2.4.3 粒子群算法有关参数选取32-33
• 2.5 模态叠加基本理论33-35
• 第3章 泄流结构振动反分析数值模拟验证35-45
• 3.1 导墙有限元模型建立36-38
• 3.2 导墙荷载反演及结果分析38-40
• 3.2.1 导墙振源反演38-39
• 3.2.2 振源反演结果分析39-40
• 3.3 导墙整体动位移反演及结果分析40-42
• 3.3.1 导墙动位移反演结果40-41
• 3.3.2 动位移反演小结41-42
• 3.4 导墙整体动应力反演42-43
• 3.4.1 模态叠加法反演动应力流程42
• 3.4.2 动应力反演结果分析42-43
• 3.5 本章小节43-45
• 第4章 某泄洪闸闸墩振动响应场的反演45-88
• 4.1 工程概况47-59
• 4.1.1 原型观测信息采集49-54
• 4.1.2 闸墩水动力等效荷载特性54-55
• 4.1.3 闸墩有限元模型的建立55-59
• 4.2 闸墩动位移场的反演59-76
• 4.2.1 泄洪闸闸墩反分析流程59
• 4.2.2 闸墩振动响应节点选取59-60
• 4.2.3 闸墩动位移反演结果分析60-75
• 4.2.4 动位移振动响应反演小结75-76
• 4.3 闸墩动应力场的反演76-83
• 4.3.1 闸墩动应力场反演流程76
• 4.3.2 闸墩动应力反演分析76-83
• 4.3.3 动应力反演小结83
• 4.4 泄洪闸闸墩流激振动安全评价83-85
• 4.4.1 泄洪闸闸墩结构振动安全评价83-85
• 4.4.2 泄洪闸振动对人体舒适度的影响85
• 4.5 本章小节85-88
• 第5章 结论与展望88-90
• 5.1 结论88-89
• 5.2 展望89-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-94
• 攻读学位期间研究成果94

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本文编号：287714